האם טיפול פני השטח יכול לשפר את עמידות בפני קורוזיה של חלקי מתכת מודפסים בתלת מימד?

一, החלק העיקרי בטכנולוגיית טיפול פני השטח
למצב פני השטח יש השפעה ישירה על עד כמה חפצי מתכת מודפסים בתלת מימד עמידים בפני קורוזיה. חספוס פני השטח, פגמים זעירים והפרדת הרכב מאיצים את חדירתם של חומרים קורוזיביים כמו יוני כלוריד וגזים חומציים. מצד שני, שיטות טיפול פני השטח הופכות חומרים עמידים יותר בפני קורוזיה על ידי ביצוע הפעולות הבאות:
הסרת פגמים: היפטר מפגמי פני השטח, לרבות חלקיקי אבקה לא מומסים ועקבות חופפים של הבריכה המותכת, והקשה על חומרי מאכל להידבק. ליטוש כימי, למשל, יכול להיפטר משכבה דביקה בעובי 70 מיקרומטר על ידי המסה סלקטיבית של בליטות פני השטח. זה מוריד מאוד את הסבירות של קורוזיה בבור.
אופטימיזציה של מבנה המיקרו פירושה שינוי גודל הגרגרים והיפטרות מהפרדת רכיבים על ידי שימוש בשיטות טיפול בחום או שינוי פני השטח. לדוגמה, לחיצה איזוסטטית חמה (HIP) יכולה להפוך את צפיפות החומר לכמעט 100%, להיפטר מנקבוביות פנימיות ולהקשות על מעבר חומר מאכל.
כדי להגן על מצע המתכת מהמדיום המאכל, בנו סרט תחמוצת עבה, שכבת סגסוגת או ציפוי על פני השטח. לדוגמה, אילגון יכול ליצור ציפוי Al ₂ O3 בעובי של 5 עד 20 מיקרומטר על פני השטח של סגסוגות אלומיניום. זה הופך אותם להרבה יותר עמידים בפני קורוזיה בתרסיס מלח.
2, הגישה הנפוצה ביותר לטיפול במשטח וכיצד היא מסייעת בהגנה מפני קורוזיה
1. ליטוש בכימיקלים והברקה בחשמל
ליטוש כימי: שימוש בתמיסות חומצות מחמצנות חזקות (כגון חומצה הידרוכלורית וחומצה חנקתית) כדי להמיס באופן סלקטיבי בליטות על פני השטח, מה שהופך אותו לחלק ברמת התת-מיקרון. לאחר ליטוש כימי, חספוס פני השטח של סגסוגת טיטניום מודפסת תלת-ממדית נע בין 6-12 מיקרומטר ל-0.2-1 מיקרומטר. טמפרטורת הבור הקריטית (CPT) בתמיסת NaCl של 3.5% עולה ב-15 מעלות, מה שהופך אותה לעמידה הרבה יותר בפני קורוזיה בבור.
ליטוש אלקטרוכימי: שימוש בתהליכים אלקטרוליטים כדי לקבל חלקות ננומטרית וליצור סרט פסיביות בו זמנית. לדוגמה, ליטוש אלקטרוכימי הפחית את חספוס פני השטח של פלדת אל-חלד 316L מ-8 מיקרומטר ל-0.18 מיקרומטר ואת קצב הקורוזיה בנוזלי גוף מדומים ב-90%, וזה מה שתלים רפואיים צריכים לשימוש ארוך טווח-.
2. החלפת משטח וחימום
טיפול בחום הוא תהליך של סילוק מתח פנימי ושיפור מבנה הדגן. חישול וריבוי הן שתי דוגמאות לכך. לדוגמה, בעקבות טיפול בחום, קצב החמצון של להבי טורבינת מנועי מטוס בטמפרטורות גבוהות יורד ב-50 מעלות, וחיי השירות שלהם עולים ב-20%.
ניטרד או קרבוריזציה של פני השטח: הכנסת חנקן או אטומי פחמן למשטח בטמפרטורות גבוהות כדי ליצור שכבת דיפוזיה קשה מאוד ועמידה בפני קורוזיה. לדוגמה, לאחר ניטרד, קשיות פני השטח של פלדת התבנית עולה ל-1000-1200HV, והיא יכולה לעמוד בפני קורוזיה בתרסיס מלח במשך יותר מ-1000 שעות.
3. טכנולוגיה לציפוי
השקעת אדים פיזית (PVD): הנחת ציפויים חזקים כמו TiN ו- CrN כדי להפוך את הדברים לעמידים יותר בפני שחיקה וקורוזיה. לדוגמה, בעקבות ציפוי PVD, קצב החמצון של סגסוגות מבוססות ניקל- שהודפסו בתלת-ממד יורד ב-80% בטמפרטורה גבוהה של 650 מעלות.
ציפוי/ציפוי כימי: הנחת שכבות של Ni-P, Ni-B וסגסוגות אחרות כדי למלא פגמים על פני השטח וליצור סרט מגן. סגסוגת זרחן ניקל ללא אלקטרו, למשל, עשויה לחתוך את צפיפות זרם הקורוזיה של נירוסטה במי ים ב-95%. העמידות שלו בפני קורוזיה טובה כמעט כמו זו של סגסוגת טיטניום.
אילגון טוב לייצור שכבות תחמוצת עבות על מתכות קלות כמו סגסוגות אלומיניום. לדוגמה, לאחר אילגון קפדני, חלקי חללית מסגסוגת אלומיניום יכולים לעמוד בפני קורוזיה של תרסיס מלח במשך יותר מ-5000 שעות ובעלי טמפרטורת התכה של 2320K. זה עומד בסטנדרטים סביבתיים גבוהים מאוד.
3, דוגמאות לאופן שבו התעשייה משתמשת בנתונים ובמקרים
בתחום התעופה והחלל, להבי הטורבינה של מנוע LEAP של GE Aviation משתמשים בהדפסת תלת מימד וליטוש כימי כדי להפוך את פני השטח לחלקים יותר, עוברים מ-10 מיקרומטר ל-1 מיקרומטר, ובכך הופכים את המנוע לאווירודינמי ב-8%. במקביל, טיפול HIP מסלק את הנקבוביות הפנימיות, מה שמאריך את חיי העייפות בטמפרטורה גבוהה מ-5000 ל-12000 מחזורים.
שתלים רפואיים: לאחר ליטוש אלקטרוכימי, למכשיר ההיתוך הבין-גוף מודפס של ג'ונסון אנד ג'ונסון 3D-מ סגסוגת טיטניום יש חספוס פני השטח של 0.8 מיקרומטר, ירידה של 90% בהידבקות Staphylococcus aureus ושיעור הצלחה קליני של למעלה מ-95%.
הנדסת אוקיינוס: קצב הקורוזיה של שסתום ברונזה ניקל אלומיניום מודפס בתלת מימד מתוצרת CNOOC במים מלוחים עלה מ-0.5 מ"מ לשנה ל-0.05 מ"מ לשנה לאחר חיפוי לייזר וציפוי ניקל כימי. גם חיי השירות של השסתום הוגדלו פי 10.